8 sierpnia 2023 r. w czasopiśmie Nature opublikowano szybką publikację najnowszych wyników badań zespołu profesora Shuai Li z College of Material Engineering na Fujian Agriculture and Forestry University. Zespół z powodzeniem pokonał wyzwania techniczne związane z tradycyjnymi klejami do drewna na bazie ligniny, w tym złożone procesy przygotowania, wysokie koszty i słabą wydajność. Wykorzystali ligninę o wysokiej aktywności do opracowania nowego kleju do drewna na bazie zielonej ligniny o doskonałych właściwościach wiążących, który wydaje się być idealną alternatywą dla klejów masowych na bazie petrochemii.
Kompozyty drzewne, takie jak płyty wiórowe, są szeroko stosowane w różnych dziedzinach, w tym w budownictwie i dekoracji wnętrz. Roczna produkcja drewna konstrukcyjnego w Chinach przekracza 300 milionów metrów sześciennych, zajmując pierwsze miejsce na świecie. Obecnie powszechnie stosowanymi klejami do tych kompozytów drzewnych są żywice mocznikowo-formaldehydowe i fenolowo-formaldehydowe, które opierają się głównie na zasobach petrochemicznych i często emitują formaldehyd. Aby zmniejszyć zależność od zasobów kopalnych, przemysł skupił się na wykorzystaniu ligniny z odnawialnej biomasy lignocelulozowej jako częściowego substytutu fenolu, co doprowadziło do opracowania żywic ligninowo-fenolowo-formaldehydowych. Jednak lignina przemysłowa wykazuje silną kondensację i niską reaktywność podczas procesu rozdzielania, co skutkuje klejami o gorszych właściwościach wiązania, ciemniejszym kolorze, wyższym koszcie i niezdolności do całkowitego przezwyciężenia emisji formaldehydu. W związku z tym rośnie zainteresowanie środowisk akademickich i przemysłowych opracowaniem tanich, wydajnych i nietoksycznych klejów do drewna przy użyciu ekologicznych i niskoemisyjnych biomateriałów.
Zainspirowany zdolnością ligniny do wiązania celulozy i hemicelulozy w biomasie lignocelulozowej w sposób podobny do kleju, profesor Shuai Li i jego zespół wyekstrahowali wysoce aktywną ligninę z drewna i pozostałości rolniczych, aby stworzyć nowy klej do drewna na bazie zielonej ligniny. Dzięki temu klejowi z powodzeniem wyprodukowali wysokiej jakości sklejkę w szerokim zakresie temperatur od 100 do 190 stopni Celsjusza, oferując takie korzyści, jak zielona synteza, prosta obróbka, doskonałe parametry i niski koszt.
Mikroskopowa charakterystyka interfejsu ujawniła, że mechanizm adhezji kleju do drewna na bazie ligniny obejmuje przede wszystkim zmiękczanie ligniny oraz penetrację i wypełnianie zmiękczonej ligniny przestrzeni międzykomórkowych, takich jak naczynia. Stosując techniki, takie jak dwuwymiarowy magnetyczny rezonans jądrowy i spektroskopia w mikro-podczerwieni, stwierdzono, że lignina w kleju ulega samosieciowaniu in situ i tworzy wiązania sieciujące z natywną ligniną w ścianach komórkowych roślin. Ogólnie rzecz biorąc, klej na bazie ligniny osiąga zarówno fizyczne, jak i chemiczne wiązanie na styku, umożliwiając wydajną produkcję ekologicznych, niskoemisyjnych produktów drzewnych.
Ten rozszerzony artykuł zawiera bardziej szczegółowy i naukowy opis rozwoju nowego kleju do drewna na bazie ligniny. Badania przeprowadzone przez zespół profesora Shuai Li dostarczają cennych informacji na temat metody przygotowania i mechanizmu wiązania tego zielonego kleju. Otwiera drogę do zastosowania klejów do drewna na bazie ligniny w przemyśle drzewnym. Odkrycia mają znaczną wartość naukową i perspektywy praktycznego zastosowania, przyczyniając się do rozwoju technologii klejów na bazie ligniny i realizacji celów zrównoważonego rozwoju.